自动驾驶汽车的无偏移非线性模型预测控制研究

为解决自动驾驶汽车运动控制中基于横向-纵向耦合结构的无偏移非线性模型预测控制(OF-NMPC)的稳态误差问题,使用无迹卡尔曼滤波器观察控制器状态和扰动,并纳入模型预测和参考值计算以消除稳态误差。仿真和实车试验结果表明,所提出的OF-NMPC算法可有效消除稳态误差,提高系统的动态性能。

基于Uni-Tire轮胎模型的车辆质心侧偏角估计

针对车辆质心侧偏角估计的准确性和实时性能问题,提出了车辆质心侧偏角估计的非线性全维观测器设计方法.首先基于车辆动力学模型及纵滑-侧偏联合工况下的Uni-Tire轮胎模型,利用车载传感器测量车辆状态;观测器利用这些状态估计出车辆的纵向速度、侧向速度及横摆角速度,并由此得到车辆的质心侧偏角估计.其次利用输入-状态稳定(input-to-state stability,ISS)理论对观测器的稳定性进行了分析.最后采用红旗CA7180A3E型轿车的车辆参数使用车辆仿真软件veDYNA对极限工况下的估计结果进行了离线仿真研究,并利用xPC-Target仿真环境和dSPACE实时仿真系统搭建仿真平台,对非线性全维观测器的实时性进行验证.仿真结果表明,非线性估计方法估计精度较高,实时性较好,可以满足工程应用的要求.

基于CKF的大型拖拉机状态参数估计研究

拖拉机运行状态的准确识别与估计是其安全行驶和平稳控制的重要依据。针对大型拖拉机状态参数的估计复杂、精确度不高等问题,建立大型拖拉机整车三自由度仿真模型,其中包含Dugoff轮胎模型,提出基于容积卡尔曼滤波理论的大型拖拉机状态参数估计算法,并对大型拖拉机的行驶参数进行估计,包含纵向速度、侧向速度、质心侧偏角、横摆角速度。利用Matlab软件仿真验证,在双移线路面附着系数为0.8和0.6的工况下,对比仿真的状态参数和算法估计的数值。结果表明,拖拉机横摆角速度、质心侧偏角和纵向速度仿真值与真实值的误差分别为0.1、0.2、0.4,验证基于容积卡尔曼滤波算法对大型拖拉机状态参数估计的可行性和准确性,为大型拖拉机的稳定性控制等提供借鉴和参考。

考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法,并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征,通过摄动分析得到等效稳定性因数,进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明,考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度,提高车辆稳定性的控制效果。

基于SIMULINK的参数化车辆模型及其实验验证

建立了基于非线性轮胎侧偏特性的四轮车辆数值模型,考虑了轮胎垂直载荷的侧向转移,用该模型仿真计算了车辆的横摆角速度响应和侧向加速度响应并与陀螺仪测量的实验车数据进行了对比。实验结果表明,该车辆模型可为车辆设计人员提供设计参考依据,也可用于车辆控制器的设计等。

车辆质心纵向位置变化对车辆侧向响应的影响

建立基于非线性轮胎侧偏特性的四轮车辆数值模型,考虑轮胎垂直载荷的侧向转移,用该模型计算车辆转向角阶跃输入下的侧向速度和横摆角度速度响应,计算结果表明,侧向速度稳态值随车辆质心纵向位置近似成指数关系变化,随着车辆质心的前移,侧向速度的响应越快,但超调量也随之增加。

一种车辆状态的非线性估计方法研究

应用Dugoff轮胎模型建立了车辆的非线性动力学方程。在此基础上,提出了一种纵向车速、横向车速和横摆角速度的非线性估计器设计方法,并基于Lyapunov稳定性理论给出了保证估计器收敛的充分条件。最后,在一个高精度的车辆动力学实时仿真环境中,将本方法与其它估计方法在不同路面条件下进行了多种驾驶工况的对比研究,并检验了本方法在车辆参数不准确或车载传感器信号丢失时的估计效果。仿真结果表明,本方法具有较好的估计性能。

三向耦合非线性重型汽车建模及动力学分析

分析汽车各向运动的耦合作用规律,建立23自由度三向耦合重型汽车整车模型,推导系统运动微分方程。将非线性Gim模型与垂向点接触轮胎模型结合描述三向非线性轮胎力,建立6个一阶常微分方程,以实时计算各车轮转速计算滑移率。通过数值积分计算车辆转向制动、匀速直线及方向盘角跃阶时的动态响应,并与传统的操纵稳定性模型、平顺性模型、虚拟样机模型及试验数据比较,验证所建模型的有效性。通过分析耦合作用对汽车响应影响表明,该耦合模型可同时研究汽车在复杂工况的平顺性、操纵稳定性及制动性。

轮胎刚度和阻尼非线性模型的解析研究

根据轮胎的静态和动态试验结果,建立了轮胎刚度和阻尼的非线性解析模型.该模型分析了轮胎刚度与轮胎变形量、充气压力和振动频率之间的数值解析关系;同时还分析了轮胎阻尼与振动速度、轮胎变形速度和充气压力之间的关系.

基于质心侧偏角估计的车辆侧向稳定性T-S模糊H_∞控制

设计了新的车辆质心侧偏角观测器,对于采用非线性轮胎模型的车辆模型设计了基于观测器的稳定性控制器。将T-S模糊建模技术应用于非线性Dugoff轮胎模型的车辆侧向动力学,T-S模糊模型中以横摆角速度误差作为模糊前件变量用来近似地反映非线性状态的程度并用来判断车辆是否处于线性或非线性区域。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,设计了基于鲁棒横摆力矩控制器的非线性观测器,以提高车辆操纵稳定性并将观测器和基于观测器的控制器设计问题转化为线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities,LMIs)约束问题。基于Car Sim/Simulink数值仿真以验证设计方法的有效性,仿真结果表明,对于双移线(Double Lane Change,DLC)和J-turn工况所设计的控制器比Car Sim/ESC更能有效地控制车辆质心侧偏角,提高了车辆操纵稳定性,所得结果为T-S模糊H∞控制在车辆工程中的实际应用提供了参考。

子午线轮胎的轴对称非线性有限元分析

建立一种子午线轮胎的轴对称非线性有限元模型 ,用以模拟轮胎的轮辋定位 充气 自由旋转过程。模型考虑了橡胶材料的非线性和不可压缩性、帘线 橡胶复合材料的各向异性、轮胎大变形的几何非线性以及轮胎、轮辋与路面的非线性接触边界条件。通过有限元分析 ,得到了子午线轮胎在充气压力和离心力作用下的变形和应力分布情况 ,并将计算结果与试验结果进行了比较 。

子午线轮胎强度性能的有限元分析

根据子午线轮胎的实际结构,建立了一种轮胎轴对称非线性有限元模型,考虑轮胎橡胶材料非线性、帘线-橡胶复合材料的各向异性以及大变形等力学特性,分析了轮胎在充气压力及离心载荷下的变形和应力-应变场,分析结果与试验结果较吻合。

载重子午线轮胎三维非线性有限元分析

建立了一个轮胎结构有限元分析模型 ,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。结果表明 ,该模型有效可靠。

基于非线性二自由度模型的线控转向系统变角传动比设计

在分析不同附着系数路面轮胎侧向力和侧偏角关系基础上,对同一附着系数路面下轮胎侧偏角进行分区、侧偏曲线线性化,建立非线性二自由度车辆模型。基于横摆角速度增益一定设计理想角传动比。对基于非线性二自由度模型和线性二自由度模型设计角传动比的车辆进行双移线仿真分析。仿真结果表明:在低附着系数路面,基于非线性二自由度模型设计的车辆方向盘转角和质心侧偏角减小,减少了驾驶员通过方向盘对车辆的修正次数,减轻了驾驶负担;横摆角速度和侧向加速度也相应减小,提高了车辆在低附着系数路面驾驶的稳定性。在高附着系数路面,基于两种不同模型设计角传动比的车辆,方向盘转角、车辆状态参数变化不大。

采用改进Bingham模型的两自由度汽车悬架动力分析

采用一种改进的Bingham模型描述汽车悬架中的磁流变阻尼力,采用平方非线性模型描述轮胎刚度,通过平均法得到了两自由度汽车悬架系统振动的一次近似解和幅频响应曲线,并进行了数值验证。研究了系统参数对动态轮胎力的影响,结果表明,增加改进的Bingham模型中的参数C1、Fy、V0都会减小动态轮胎力,但是C1、Fy的影响较大,而V0的影响较小;平方非线性轮胎刚度系数对动态轮胎力的影响非常小。研究结果可为减小汽车振动、防止道路破坏提供理论参考。

加强筋模型在轮胎有限元分析中的应用

利用MSC .Marc软件建立子午线轮胎的三维非线性有限元模型。采用软件中的加强筋模型模拟轮胎中复杂的多层帘线 橡胶复合材料 ,直接在前处理中定义轮胎中随位置变化的帘线铺设方向 ,可以真实地模拟帘线 橡胶复合材料的几何和材料非线性 ,并且能够合理简化模型 ,提高计算效率和计算精度。模型中还考虑了橡胶材料的非线性和不可压缩性、轮胎大变形导致的几何非线性以及轮胎与轮辋和轮胎与路面的接触非线性边界条件。通过三维非线性有限元分析得到了在充气压力和静负荷作用下子午线轮胎的变形、内部应力分布及接地区压力分布。

一种基于Burckhardt轮胎模型的4WD+4WS型VSC系统建模

文章采用Burckhardt轮胎模型,对不含侧倾的四轮驱动(4WD)、四轮转向(4WS)型车辆的稳定性控制(VSC)系统进行了非线性建模。文中采用解析形式和适当的近似技术建立了VSC系统标准的非线性状态空间模型,便于今后的控制器设计。

轮胎非线性纵滑力学特性的分段仿射辨识建模方法

针对传统轮胎力学模型因形式复杂、参数拟合困难等而不便于进行车辆系统动力学控制设计的问题,提出一种基于数据驱动的轮胎纵滑力学特性分段仿射辨识建模方法。基于平板式轮胎动态特性试验台,准确获取了反映轮胎在3124、6530、8036、9468、11760 N等5个垂向载荷,胎压880 kPa,纵向滑移率变化范围为-1~0.5,以及峰值附着系数分别为0.34和0.77的两种路面条件下的非线性纵滑力学特性试验数据。在此基础上,对试验结果进行了分析,确定了轮胎纵向力与其主要影响因素间的一般映射关系,进而引入分段仿射辨识理论完成轮胎纵滑力学特性的有效辨识。辨识主要由试验数据聚类、仿射子模型参数估计以及分解面系数矩阵求解等3个环节组成,分别采用改进的K-means、最小二乘以及模糊加权近似支持向量机等算法进行实现,最终针对低附路面和高附路面分别获取了10个仿射子模型用于拟合轮胎非线性纵滑力学特性试验数据。为验证辨识轮胎模型的精度,将模型仿真结果与试验数据进行对比。结果表明,所辨识的轮胎模型能够准确描述轮胎非线性纵滑力学特性,模型整体拟合精度高于95%。

基于状态空间自回归最小二乘的车辆质心侧偏角非线性估计

基于动力学模型对车辆质心侧偏角进行了估计。为使轮胎模型能够适应不同附着系数的路面,将动态参数引入"魔术公式"轮胎侧偏力模型。应用状态空间形式的自回归最小二乘算法(RLS)设计了车辆质心侧偏角估计器。通过车辆在高附着系数路面的蛇形试验和变附着系数路面的双移线试验对估计方法进行了验证,结果表明,即使车辆出现大侧偏情况使轮胎进入到侧偏角—侧偏力特性曲线的非线性区域,提出的估计方法也能够实现对质心侧偏角的估计。将该估计方法与扩展卡尔曼滤波估计在精度、计算效率和使用条件等方面进行了比较,进一步表明所提出方法具有良好性能。

多轴转向车辆模糊H_∞保性能控制

为提高多轴转向车辆的控制性能和操纵稳定性,考虑多轴转向车辆的轮胎非线性、不确定性和外界干扰,提出一种基于区域极点约束和T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型的H∞模糊保性能控制方法。分析基于轮胎立方非线性动力学的多轴转向车辆三自由度非线性模型,建立具有不确定性和外界干扰的多轴转向车辆模糊T-S模型。针对固定极点配置适用范围问题,对各个局部线性子系统设计区域极点约束的保性能控制器,并共用T-S模糊模型的前件和采用并行分配补偿法(Parallel distributed compensation,PDC)计算出总控制器。应用Matlab软件的线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)和模糊逻辑控制(Fuzzy logic control,FLC)工具箱对某五轴转向车辆控制器进行求解,并对原非线性闭环系统进行控制仿真。结果表明控制算法有效,具有一定的鲁棒性,并有利于改善多轴转向动态性能和提高操纵稳定性。